NO175388B - Forseglings/tetningsring med spenningsavlastningsspor - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en forseglings/tetningsring, som er utformet som angitt i krav l's ingress, til bruk i rørflenser og -skjoter som skal motstå høyt trykk, og even-tuelt også termiske og mekaniske belastningskrefter. Et spesielt anvendelsesområde for slike forseglinger er i risere innen oljeindustrien.

Det er innen området tetningsringer for rørskjøter innen høytrykksteknologien idag kjent flere typer av slike ringer. Felles for dem alle er imidlertid at de er laget av kompakt og ikke-ettergivende materiale såsom metall og metall-legeringer fordi annen type materiale vil bli for svakt innen høytrykksteknologi.

Ulempen ved å bruke slike gamle tetningsringer og pakninger er at skjøtene i rørledningen ofte er utsatt for termisk arbeid i materialet og mekaniske stresskrefter, slik at skjøten etter en tid vil bli utett. Det har heller ikke ved slike typer skjøter og pakninger tidligere vært mulig, uten arbeidskrevende og dyre testmetoder, å undersøke tetnings-styrken av slike rørskjøter under fullt trykk, og spesielt ikke under montering på felten. Det har også vært en ulempe ved tidligere pakningstyper at de kun har gitt mulighet til fleksibilitet i én retning alene, og dette er ikke tilstrekkelig for å sikre pakningstetthet.

Det er således en hensikt ved foreliggende oppfinnelse å fremskaffe en tetningsring som unngår de ovennevnte pro-blemer ved arbeid i materialet omkring rørskjøtene, samt som tillater testing av rørskjøtene i sammensatte rørledninger under fullt trykk i rørledningen. Disse formål blir oppnådd ved å utforme slike forseglings/tegningsringer som angitt i krav l's karakteriserende del.

Oppfinnelsen vil nedenfor bli beskrevet under henvisning til de medfølgende tegninger hvor:

Fig. 1 viser et riss av en rørskjøt med en flens av konvensjonell, kjent type, Fig. 2 viser en tegning av en utførelsesform av en forseg-ling/tetningsring ifølge foreliggende oppfinnelse, Fig. 3 viser et riss av en halvdel av en slik flens med angitt inngangssted for en trykksonde for testing av tetningsegenskapene av flens og rørskjøt ved høyt trykk. Fig. 4 viser et utsnitt av et spor for en forseglingsring ifølge foreliggende oppfinnelse. Fig. 5 viser en annen type flens med en tetningspakning ifølge foreliggende oppfinnelse montert. Fig. 6 viser en tredje type flens med en tetningspakning ifølge oppfinnelsen montert. Fig. 7 og 8 viser to flenstyper i utsnitt som montert rundt et rør.

I rørskjøteflenser idag er det vanlig og nødvendig å inkor-porere en pakning for å oppnå en tett skjøt. Som tidligere forklart, er det imidlertid vanlig å utforme slike pakninger i nøyaktig tilpasning til tilsvarende spor i flensen, samt lage dem av kompakt materiale, noe som gjør at pakningen med tiden blir utett grunnet mekanisk og termisk slitasje og arbeid av materialet omkring skjøten.

Det har også tidligere vært nødvendig å trykkteste slike skjøter og pakninger etter at rørledningen har vært full-stendig sammenmontert, og det har da i tillegg ikke vært mulig å teste rørskjøtene og pakningene under eller over driftstrykk.

Ifølge foreliggende oppfinnelse har det blitt funnet at det er en fordel å utforme en slik pakning med en mulighet for individuell tilpasning i flensesporet for slike pakninger, og spesielt med fleksibilitet i pakningssporet i minst to retninger.

For å oppnå denne funksjonen av en flenspakning ifølge oppfinnelsen, er pakningen utformet med minst to motstående pakningshalvdeler, 1,2, som via et avstandsstykke 3 mellom halvdelene 1,2 ligger i en avstand fra hverandre. Avstandsstykket 3 gjør at pakningen får en viss fjærende egenskap, ved at halvdelene 1,2 presses mot hverandre ved montering i et pakningsspor 31,41. Det er av denne grunn viktig at pakningen/tetningsflensen er slik tilpasset sporet 31,41 at halvdelene 1,2 presses mot hverandre ved montering, eksempelvis ved at anlegg mot godset i sporet 31,41 fremkommer når pakningen er halvveis nede i sporet. Ved at pakningshalvdelene 1,2 fortrinnsvis er utformet med et konet område i enden/omkretsen av pakningen, vil slik tilpasning kunne sikres. I tillegg kan sporet 31,41 også fortrinnsvis utfor-mes med en innad konende form som vist i fig. 3 og 4.

For å sikre en god tetningsegenskap av pakningen ifølge oppfinnelsen, er det foretrukket at koningsvinkelen mellom ytre plane overflate 4 av pakningen og den skrånende delen 5 av pakningen ligger i området 13,5° ± 0,5°, selv om også andre vinkler kan benyttes. Ved innklemming av pakningen i det kone sporet 31,41, er det foretrukket at deformeringsgraden av ringen er i området 0,041 ± 0,01, dvs med en åpning av sporet 41 på 19,533 mm, vil sammenpressingen av pakningen bli 0,8 mm ± 0,2 mm. Dette er imidlertid kun et foretrukket forhold, og andre forhold vil være nærliggende for fagmannen ut fra den funksjon pakningen skal fylle, samt ut fra de egenskaper som pakningsmaterialet innehar.

Som tidligere nevnt, er pakninger og flenser som omfattes av foreliggende oppfinnelse slike som er beregnet på rørlednin-ger med høyt trykk. Slike trykk kan eksempelvis være på 75 bar og høyere. Denne type trykk forekommer spesielt i risere på oljeboringsplattformer, men kan også opptre på andre områder, eksempelvis innen prosessteknikken eller innen energiteknikk som for eksempel ved atomkraftverk. Det vil også innen prosessteknikken være ønskelig å lage pakninger ifølge foreliggende oppfinnelse av motstandsdyktig materiale for det medium som føres i rørledningene. Slikt materiale vil fagmannen kunne bedømme i hvert tilfelle. Som eksempler på slikt materiale som kan være egnet for de fleste bruks-områder, kan det nevnes metall og metall-legeringer såsom rustfritt stål, karbonstål, lavlegert stål, syrefast stål eller andre metall-legeringer.

Det vil også være mulig å benytte andre typer materiale til pakningene ifølge oppfinnelsen, såsom keramiske materialer og/eller komposittmaterialer, forutsatt at de har tilstrekkelig spenn- og tetningsegenskaper som tilsvarer de egenskaper som oppvises av nevnte metalltyper. Å velge ut slike materialer vil også være nærliggende for fagmannen.

Det vil også være mulig å utforme en pakning ifølge oppfinnelsen på andre måter enn den som er angitt på fig. 2, eksempelvis med bredere eller smalere mellomstykke 3 enn det som er vist. Forutsetningen er imidlertid at pakningsdelene 1,2 ikke mister sine fjærende egenskaper. Det vil således regnes som mindre fordelaktig å føre bredden av mellomstykket 3 forbi overgangen mellom det rette stykke 4 og det konende stykke 5. Det er også innlysende at mellomstykket 3 ikke bør gjøres for smalt, og et eksempelvis forhold mellom total bredde av pakningen og mellomstykket 3 vil være 6,4, slik at totalbredden kan være 25,4 mm og mellomstykket har bredden 4 mm. De ovenfor angitte verdier angår pakninger hvor mellomstykket 3 er plassert omkring en midtlinje 7 av pakningen, men det kan også være plassert forskjøvet i den ene eller andre retning i forhold til en slik midtlinje.

Tilsvarende må sporet 31,41 i flensstykket være minst like dypt som halve totallengden av pakningen, og det er foretrukket at sporet 31,41 er noe dypere slik at den klem-effekten ved montering av pakningen ifølge oppfinnelsen som er omtalt ovenfor, fremkommer. Dette er også antydet i fig. 5 og 6 ved at det mellom godset i flenshalvdelene 12 og 13 og pakningen 11 er dannet et mellomrom 14.

Ved at pakningen ifølge oppfinnelsen er utformet og montert på den beskrevne måten, vil den, foruten mekaniske og termiske belastninger, også kunne ta opp vibrasjoner i rørled-ningen og rørskjøtene.

Tilstrekkelig holdfasthet av flensen med flenshalvdelene 12 og 13 vil kunne sikres tilstrekkelig ved at halvdelene eksempelvis kan være skrudd sammen med bolter 15, 15<1>, som vist i fig. 1, 5, 6, 7 og 8. Slik festing kan imidlertid utføres på konvensjonell måte, men med en pakning ifølge foreliggende oppfinnelse for å sikre den ovenfor beskrevne pakningstetthet.

I fig. 6 og 7 er det vist en utførelsesform av en konvensjonell flenstype anvendt med en pakning ifølge foreliggende oppfinnelse. For å sikre tilstrekkelig sammenklemming av flenshalvdelene 12 og 13 er utformingen av halvdelene her slik at det dannes et innklemmingsspor 16 mellom halvdelene 12 og 13, slik at sammenskruing av mutrene 15,15' tilveie-bringer optimal sammenklemming.

Den ovenfor beskrevne pakningstetthet fremkommer ved at forseglings/tetningsringen ifølge oppfinnelsen utstyres med minst ett spor mellom pakningshalvdelene 1 og 2. På fig. 2 er det eksempelvis vist en forseglings/tetningsring med to slike spor, men det er også innlysende at ett enkelt spor kan benyttes, avhengig av bruksområdet. Det er også innlysende at forseglings/tetningsringen ifølge oppfinnelsen kan benyttes i såvel horisontale som vertikale rørskjøter, og også i rørskjøter med enhver annen helning.

En spesielt foretrukket utførelsesform av forseglings/tet-ningsringen ifølge oppfinnelsen, er å utstyre den med minst et gjennomgående hull 6 gjennom avstandsstykket 3. Hensikten med et slikt hull 6 er å fremskaffe muligheten for å trykkteste tettheten av pakningen og derved rørskjøten ved montering og da under minst totalt driftstrykk. Som ovenfor forklart, har slik testing ikke tidligere vært mulig idet tidligere pakninger har vært laget av kompakt materiale, og pakningstetthet har derfor kun vært mulig ved å trykkteste fra innsiden av rørledningen, og da med adskillig mindre trykk enn driftstrykket. Dimensjonen av et slikt hull 6 er ikke kritisk, men det må være stort nok til å kunne trans-portere fluidum under trykk, men ikke så stort at det svek-ker materialet av mellomstykket 3. Et eksempel på en anven-delig dimensjon av et slikt hull vil være 2/3 av totalbredden av mellomstykket 3, men også andre dimensjoner kan benyttes.

Fordelene ved å kunne teste rørskjøter i spesielt risere ved montering og under totalt driftstrykk er innlysende for fagmannen .

Fremgangsmåten ved trykktesting av rørskjøtene, som antydet ovenfor, er å plassere, eksempelvis ved å bore inn i flensen et hull for en dyse, angitt ved en pil i fig. 3, slik at dysen munner ut ved bunnen av sporet 31. På denne måte dannes en mulighet for å trykksette sporet 31 ved ethvert ønsket trykk, uten å behøve å trykkbelaste rørledningen overhodet. Av denne grunn kan hver rørskjøt trykktestes separat. En slik plassering av et avlastningshull vil ikke innvirke negativt på flensen, og hullet kan tettes igjen etter eventuell fjerning av trykkdysen med en plugg. Stør-relsen av et slikt avlastningshull kan eksempelvis være 3,2 mm, men andre størrelser vil kunne anvendes av fagmannen for separat trykktesting av de enkelte monterte flenser og pakninger.

For å kunne trykkteste den totale pakningstettheten er det

derfor av viktighet at det foreligger et gjennomløpende hull 6 i avstandsstykket 3, slik at mediet som benyttes ved tett-hetstestingen har tilgang til begge sider av pakningen der-

som det benyttes en pakning med utforming som vist i fig. 2.

Mediet som benyttes til trykktestingen kan være et fluidum, og kan eksempelvis være et tilsvarende fluidum som vil befinne seg enten inne i eller utenfor rørledningen ved drift av denne. Det vil imidlertid også være mulig å foreta trykktestingen av rørskjøten også med andre medier.

Foreliggende oppfinnelse har ovenfor blitt beskrevet under henvisning til spesielle utførelsesformer av forseglings/- tetningsringer, men omfanget av oppfinnelsen vil være bredere enn disse spesielle utførelsesformer, og er angitt ved de etterfølgende krav.

Claims (4)

1. Forseglings/tetningsring for rørskjøter med rørskjøt-flenshalvdeler (12,13) i høytrykksrør for montering i et pakningsspor (31,41) i hver rørskjøtflenshalvdel (12,13), hvilken forseglings/tetningsring omfatter to innbyrdes for-blindede legemer (1,2) med skråstilte ytterkantområder (5), karakterisert ved at forseglings/tetnings-ringens legemedeler (1,2) er innbyrdes adskilt fra hverandre ved et integrert avstandsstykke (3), hvilket avstandsstykke (3) i tillegg omfatter minst ett gjennomgående hull (6) som forløper i hovedsak perpendikulært på et imaginært midt-linjeplan (7) gjennom forseglings/tetningsringen.

2. Forseglings/tetningsring ifølge krav 1, karakterisert ved at dimensjonen av det gjennomgående hull (6) er 2/3 av den totale bredde av avstandsstykket (3) .

3. Forseglings/tetningsring ethvert av de foregående krav, karakterisert ved at den er laget av metall eller en metall-legering.

4. Forseglings/tetningsring ifølge kravene 1-2, karakterisert ved at den er laget av et keramisk- eller et komposittmateriale.